一種模擬手術訓練系統技術方案

本發(fā)明專利技術為一種模擬手術訓練系統，可用于術前的手術路徑規(guī)劃與醫(yī)師的日常手術訓練，屬于融合信息技術、自動化技術、機械制造技術等學科的多學科交叉研究領域。開發(fā)了模擬手術軟件，可以根據MRI數據建立腦模型，在計算機虛擬空間內基于此模型進行虛擬手術；設計了手術操作儀，該裝置有6個自由度，操作原理與腦視鏡手術刀相同，操作感真實；設計了基于FPGA的多路數據采集系統，可實時采集6路編碼器數據，實時性強；本系統的腦結構模型精度高、實時跟蹤性好、操作真實性高、自動化程度高、開發(fā)成本低。

【技術實現步驟摘要】

【技術保護點】
一種模擬手術訓練系統，其主要特征為：所述模擬手術系統包括：用于顯示虛擬手術環(huán)境的模擬手術軟件、用于控制虛擬手術刀的手術操作儀、用于采集手術刀數據的FPGA數據采集系統；其中，所述的模擬手術軟件包括：數據讀取單元，用于讀取多格式的患者源數據，所述數據包括CT數據，MRI數據，FMRI數據；通過判斷相應數據的頭文件，查表獲得其編碼方式，調用相應的解碼算法來將不同的源數據解碼還原，為腦模型數據處理單元及腦纖維數據建模單元提供源數據；腦模型數據處理單元，用于建立腦部微觀結構模型；通過分析數據讀取單元傳入的數據，應用灰度值分割算法將根據各區(qū)域的灰度值，識別各區(qū)域并對其進行建模，建模結果傳給腦模型顯示單元；腦纖維數據建模單元，用于建立腦部神經系統的模型；我們首先采用球面反卷積算法建立數據讀取單元讀入的源數據的球面反卷積（SD）模型；然后應用群體纖維跟蹤算法跟蹤SD模型，得到腦纖維束的模型，建模結果傳給腦模型顯示單元；腦模型顯示單元，用于顯示經過腦模型數據處理單元與腦纖維數據處理單元生成的數據，將其在軟件中三維顯示出來；由VTK醫(yī)學顯示庫實現；腦切片數據顯示單元，用于將數據讀取單元讀入的病人的核磁共振原始數據顯示出來；由VTK醫(yī)學顯示庫實現；手術刀動態(tài)跟蹤單元，用于解碼數據采集系統中數據發(fā)送單元傳回的數據，根據傳回的數據在軟件中實時顯示手術刀模型的形態(tài)；其中，所述的手術操作儀包括：操作單元，用于醫(yī)生操作該模擬手術器械進行模擬手術訓練；所述的模擬手術器械包括模擬手術刀模型和鏡鞘底座；所述模擬手術刀模型包括：模擬手術窺鏡、模擬手術鏡鞘、模擬手術操作柄；數據采集單元，用于采集操作單元的數據，并將所獲得的數據傳送給力補償單元及數據采集系統的數據接收單元；該數據采集單元由6個絕對式編碼器構成；力補償單元，用于在器械操作過程中進行力補償，抵消重力對手術的影響；根據數據采集單元傳回的信息，分析目前操作單元運行狀態(tài)，判斷出當前改變的自由度，對此自由度的電機輸出控制信號，進行力補償；所述的數據采集系統包括：數據接收單元，用于實時接收手術操作儀的數據采集單元的6路數據；該單元由6個SPI接口組成，并行的接收6路數據，將數據將其傳給數據處理單元；數據處理單元，用于高速數據處理；將數據接收單元傳回的并行數據轉化為串行，并對其進行編碼，將編碼后的數據傳給數據發(fā)送單元；數據發(fā)送單元，用于數據采集系統與上位機的通信；將數據處理單元編碼后的數據通過串口發(fā)送給上位機的模擬手術軟件的手術刀動態(tài)跟蹤單元。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：馮遠靜，禹鑫燚，白雪琛，洪凌，王哲進，
申請(專利權)人：浙江工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：